Índice 1. Objetivos
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2. Metodología de la práctica
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3. Resultados
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4. Discusión de resultados
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5. Conclusiones
Pág. 7
6. Bibliografía Bibliograf ía
Pág.8
Neutralización de aguas ácidas 1. Objetivos El objetivo de la presente sesión de laboratorio es Presentar toda la metodología adecuada para realizar la calibración del anemómetro y los factores que se deben tener en cuenta para realizarlo de manera correcta. 2. Descripción del equipo utilizados -
Túnel de viento
En ingeniería, un túnel de viento o túnel aerodinámico es una herramienta de investigación desarrollada para ayudar en el estudio de los efectos del movimiento del aire alrededor de objetos sólidos. Con esta herramienta se simulan las condiciones que experimentará el objeto de la investigación en una situación real. En un túnel de viento, el objeto o modelo, permanece estacionario mientras se propulsa el paso de aire o gas alrededor de él. Se utiliza para estudiar los fenómenos que se manifiestan cuando el aire baña objetos como aviones, naves espaciales, misiles, automóviles, edificios o puentes.
Figur a 2.1 Túnel de viento
Figur a 2.2 Partes del túnel de viento
Partes del túnel de viento
Compartimiento que acomoda - El propósito del compartimiento que acomoda es enderezar la circulación de aire. La estructura del panal de un compartimiento que acomoda es muy eficaz en la reducción de corrientes que remolinan en la circulación de aire del túnel.
Cono de contracción - El cono de contracción toma un volumen grande de aire de baja velocidad y lo reduce a un volumen pequeño de aire de alta velocidad sin crear turbulencia.
Sección de prueba - la sección de la prueba es adonde se colocan el artículo y los sensores de la prueba Los modelos de alas o de planos se ponen en la sección de la prueba. Mientras que la circulación de aire se trae a la velocidad deseada, los sensores miden fuerzas, tales como elevación y fricción, en el artículo de la prueba. La elevación es la fuerza en el ala enfrente de la fuerza de la gravedad. La fricción es la fuerza en el ala en la dirección de la circulación de aire. La fricción es lo que un motor debe superar para mover un plano a través del aire. De acuerdo con las medidas de estas fuerzas y de los lazos que hay entre el ambiente de la prueba y las condiciones reales del vuelo, las predicciones exactas del funcionamiento del mundo real pueden ser hechas.
Difusor - el difusor retarda la velocidad de la circulación de aire en el túnel de viento.
Sección del mecanismo impulsor - la sección del mecanismo impulsor proporciona la fuerza que hace al aire moverse a través del túnel de viento. Los túneles de viento pueden ser abiertos o a circuito cerrado -
Manómetros diferenciales
Un manómetro diferencial es un dispositivo que mide la diferencia de presión entre dos lugares. Los manómetros diferenciales pueden variar desde los más simples
que pueden construirse en casa hasta un equipo digital complejo. A continuación detallaremos algunos de los manómetros que existen.
Manómetro Bourdon El principio de medida en el que se basa este instrumento es el sensor conocido como
tubo
Bourdon.
El sistema de medida está formado por un tubo aplanado de bronce o acero, cerrado,
en
forma
de
“C” de ¾ de circunferencia para la medición de bajas presiones, o enrollado en
forma de espiral para la medición de bajas presiones y que tiende a enderezarse proporcionalmente al aumento de la presión; este movimiento se transmite mediante un elemento transmisor y multiplicador que mueve la aguja indicadora sobre una escala graduada. La forma , el material y el espesor de las paredes dependen de la presión que se quiera medir.
Manómetros de columna líquida Este tipo de manómetros es la forma más sencilla de dispositivo para medir presiones,
donde
la
altura, carga o diferencia de nivel, a la que se eleva un fluido en un tubo vertical abierto conectado a un aparato que contiene un líquido, es una medida directa de la presión en el punto de unión y se utiliza con frecuencia para Mostar el nivel de líquidos en tanques o recipientes. Puede utilizarse el mismo principio con indicadores de tubo en U, en el cual, conocida
la
densidad del líquido empleado en él, la carga o altura constituye una medida de la presión relacionándola con la correspondiente a la atmosférica. La figura 1a muestra el manómetro fundamental de tubo en U. Otro dispositivo equivalente (figura 1b) , cuando es
necesario ( como en el caso de la presión de un gas) que la presión se mida por la altura o carga de algún fluido distinto de aquel cuya presión se busca.
Figur a 2.3 Manómetros abiertos
Figur a 2.4 Tubo diferencial en U
Dentro de los manómetros diferenciales tenemos el tubo en U diferencial, el cual mide la diferencia de presiones entre los orificios de toma A y B ( figura 3) en altura de fluido manométrico, luego la diferencia de presión se expresa mediante la
siguiente
ecuación:
da –db=(Hm(dm –da)+kada –kbdb)g/gc
donde ka, kb son distancias verticales de la superficie del fluido manométrico por encima de A y B respectivamente. Asimismo tenemos que da, db son las densidades
de
los
fluidos
en
A
y
B.
Otro tipo, es el tubo en U diferencial invertido ( figura 3), en el que el fluido que llena el tubo en U puede ser un gas o un fluido ligero, y el cual es frecuentemente usado presiones
para en
líquidos
extraordinariamente
medir cuando
las
diferencia columnas
abiertas
elevadas,
de líquidas
son o
cuando el líquido a presión no puede exponerse a la atmósfera.
Figur a 2.5 Tubo diferencial invertido en U
Los manómetros de columna inclinada usados para medir diferencias de presiones muy pequeñas, ya que estos tienen la ventaja sobre los manómetros de columna de liquido por la amplificación de la lectura. El tubo en U inclinado ( figura 10) se utiliza porque la longitud de la altura o carga puede multiplicarse varias veces por la inclinación de la
columna liquida y la escala será más ancha. Si la lectura R se toma como se indica y R0 es la lectura cero. Hm estará dado por Hm = ( R – R0 ) senO y el cálculo de ( dA – dB ) es de la misma forma que para el tubo en U vertical.
Figur a 2.6 Tubo en U inclinado
-
Tubo de Pitot
Es utilizado para la medición del caudal, está constituido por dos tubos que detectan la presión endos puntos distintos de la tubería. Pueden montarse por separado o agrupados dentro de unalojamiento, formando un dispositivo único. Uno de los tubos mide la presión de impacto en unpunto de la vena. El otro mide únicamente la presión estática, generalmente mediante un orificiopracticado en la pared de la conducción.
Un tubo de pitot mide dos presiones simultáneamente, la presión de impacto (pt) y presión estática(ps). La unidad para medir la presión de impacto es un tubo con el extremo doblado en ángulo rectohacia la dirección del flujo. El extremo del tubo que mide presión estática es cerrado pero tiene unapequeña ranura de un lado. Los tubos se pueden montar separados o en una sola unidad. En lafigura siguiente se muestra un esquema del tubo pitot. -
Anemómetro
Es un instrumento que se utiliza para medir la velocidad instantánea del viento y su dirección. Para lograr la
medición del viento, algunos equipos toman registros del
recorrido del viento bajo un intervalo de tiempo, mientras que otros equipos registran la velocidad instantáneamente. Además, existen los siguientes tipos de anemómetro: Anemómetro acumulativo
Este tipo de anemómetro determina la velocidad, después de haberla medida bajo un intervalo de tiempo a través del número de vueltas que da el instrumento en metros. La ventaja del uso de este, es que se puede realizar un barrido sobre la sección de una galería en medición, determinando así una velocidad media.
Figur a 2.7 Medición acumulativa sobre la sección de una galería
Anemómetro puntual
Este tipo de anemómetro permite registrar la velocidad del viento en un punto determinado, el cual no es muy práctico si lo usamos en una galería, pues el flujo del aire no es igual en cada punto. Por lo que se busca una velocidad media, la cual será determinada promediando las diferentes tomas realizadas.
Figur a 2.8 Medición puntual sobre la sección de una galería
Cabe mencionar que la distribución de velocidades en ambos tipos de anemómetro es la siguiente:
Figur a 2.9 Distribución de velocidades
Por medio de los dos tipos de anemómetros, se obtiene la siguiente expresión
Donde: Vm: corresponde a la velocidad media V: la velocidad puntual máxima en la galería en la parte central C: que es el factor de corrección. A: Área de la sección.
Por otro lado, el nivel de precisión de un anemómetro profesional tiene un error de medición de un 1% mientras que los económicos tienen error de medición entre el 5 y 10%. A continuación se mostrará una escala de velocidades:
Escala de velocidades de viento Velocidades de viento a 10 m de altura m/s
nudos
Clasificación del viento
0,0-0,4
0,0-0,9
Calma
0,4-1,8
0,9-3,5
1,8-3,6
3,5-7,0
3,6-5,8
7-11
5,8-8,5
11-17
Moderado
8,5-11
17-22
Fresco
11-14
22-28
14-17
28-34
17-21
34-41
21-25
41-48
25-29
48-56
29-34
56-65
>34
>65
Ligero
Fuerte
Temporal
Fuerte temporal Huracán
Tabla2.1. Escala de velocidades de viento
3. Cálculos y resultados -
Primera parte
Datos Salida
Placa
Radio interior (m) Radio exterior (m) Area (m2)
Radio 0.075 interior (m) Radio 0.080 exterior (m) 0.018 Area (m2)
0.051 0.115 0.00008171
Tabla 3.1 Dimensiones
C. Ambientales Posición Voltaje
1 2 3 4 5 6 7 8
15 30 40 50 60 70 80 90
TBs TBh (°C) (°C) 22.0 22.0 22.0 22.0 22.8 23.0 23.5 24.1
18.5 18.4 18.9 18.5 19 19.1 19.6 19.9
Salidad Ducto
Placa
Dif. Dif. P P Presíon TBs Presíon atmosf. Factor Factor (milibares) P1 (°C) P2 (kpa) (Mba) (Kpa) 1010.0 101.0 0.019 0.2 22 0.186 0.2 1008.3 100.8 0.971 0.2 22 0.862 0.2 1009.0 100.9 1.765 0.2 22 0.304 1 1009.1 100.9 2.746 0.2 22 0.471 1 1010.0 101.0 4.119 0.2 23 0.696 1 1010.0 101.0 5.492 0.2 23 0.941 1 1009.1 100.9 7.257 0.2 24 1.235 1 1009.1 100.9 9.218 0.2 24.5 2.363 1 Tabla 3.2 Datos de los ensayos
Utilizando los datos de la Tabla 3.1 y las tablas y gráficas del tema se tiene la siguiente información: Posición 1 2 3 4 5 6 7 8
H.R (%) 70 69.9 74 70 68 67.5 67.5 66.5
Pvs (Kpa) 2.63 2.63 2.63 2.63 2.71 2.81 2.89 3.19
Tabla 3.3 Datos de las tablas y gráficas
Cálculos
Se aplicarán las siguientes fórmulas para los cálculos -
Presión de vapor (Pv)
-
Densidad del aire (ρ)
ρ
-
Diferencia de presión a la salida del ducto (∆Psalida)
-
Diferencia de presión en la placa (∆Pplaca)
-
Velocidad del aire (Vaire)
√
ρ
-
-
Velocidad en la placa (Vplaca)
√
Caudal real (Qreal)
ρ
-
Caudal teórico (Qteórico)
-
Coeficiente de descarga (Cd)
ρ de
∆P salida
∆P placa
Posición
Pv (Kpa)
1
1.841
1.184
0.039
3.793
2
1.838
1.182
1.980
3
1.946
1.182
4
1.841
5
aire (cm (Kg/m3) H2O)
(cm H2O)
V aire (m/s) 0.801
V Q Q real placa teórico (m3/s) (m/s) (m3/s)
Coeficiente de descarga (Cd)
7.928
0.014
0.073
0.194
17.580
5.733 17.082
0.101
0.157
0.644
3.600
30.999
7.728 22.679
0.137
0.209
0.653
1.183
5.600
48.029
9.637 28.223
0.170
0.260
0.655
1.843
1.181
8.400
70.972 11.814 34.339
0.209
0.316
0.660
6
1.897
1.180 11.201
95.955 13.647 39.945
0.241
0.368
0.655
7
1.951
1.177 14.800 125.935 15.710 45.826
0.278
0.422
0.657
8
2.121
1.173 18.799 240.959 17.729 63.473
0.313
0.585
0.536
Tabla 3.4 Resultados
Velocidad teorica (Vplaca) vs Diferencia de Presiones de la placa (∆Pplaca) 70.000 60.000 50.000 O 2 H m40.000 c ) ( a c a 30.000 l p P ∆
Velocidad del aire vrs. Diferencia de Presiones de la placa
20.000 10.000 0.000 0.000
50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000
Vplaca (m/s)
Gr áfi c a3.1 Velocidad teórica VS Diferencia de presiones de la placa
Velocidad del aire (V aire) vs Caudal Real (Qr) 0.350 0.300 0.250 ) s / 0.200 3 m ( l a e r 0.150 Q
Velocidad del aire vrs. Caudal Real
0.100
0.050 0.000 0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
Vaire (m/s)
Gr áfi c a3.2 Velocidad del aire VS Caudal Real
Velocidad teorica (Vplaca) VS Caudal teorico (Qteórico) 70.000
60.000
y = 108.51x
50.000
) s / m40.000 ( e r i a l 30.000 e d V
Velocidad teorica vrs. Caudal teorico Lineal (Velocidad teorica vrs. Caudal teorico)
20.000 10.000 0.000 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500
0.600 0.700
Q teorico (m3/s)
Gr áfi c a3.3 Velocidad teórica VS Caudal teórico
-
Segunda parte En esta parte se coloca un anemómetro en el soporte junto al tubo de Pitot por un Anemómetro. Datos Barómetro
Posición
1 2 3 4 5 6 7 8
Máquina
Anemómetro
Factor del Termómetro barómetro
P1 (cm H2O)
Recorrido (m)
Tiempo (s)
Voltaje
P1
T ambiente (°C)
3.5 2.4 4 5.5 7.9 11.2 14.4 18
27.5 231 302 363 435 498 579 637
30 30 29.8 30 29.8 30 30.1 29.9
20 35 45 55 65 75 85 95
0.2 1 1 1 1 1 1 1
23 23 23 23 23.5 24 24.5 24.5
Tabla 3.5 Datos de los ensayos
Cálculos Se aplicará la siguiente fórmula para calcular la velocidad del anemómetro:
Posición 1 2 3 4 5 6 7 8
V anem (m/s) 0.92 7.70 10.13 12.10 14.60 16.60 19.24 21.30
Tabla 3.6 Resultados
Velocidad del aire (V aire)VS Velocidad del anemometro (V anem) 14.000 12.000 10.000
) s / s 8.000 m ( e r i 6.000 a V
Velocidad del iare vrs. Velocidad del anemometro
4.000 2.000 0.000 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
V anem (m/s)
Gr áfic a3.4 Curva de calibración del anemómetro
4. Conclusiones Se concluye que: -
El coeficiente de descarga es un parámetro que depende de las condiciones de presión y de las características geométricas presentes en el túnel de ventilación.
-
Los valores hallados del coeficiente de descarga son correctos, puesto que se esperaba que estén en el rango de 0 a 1, esto debido a que siempre el caudal teórico es mayor que el caudal real
-
La curva de calibración del anemómetro sirve para hallar la velocidad real del aire que está pasando por una galería.
-
Del Gráfico 3.1 se observa que a mayor velocidad del aire, mayor es la caída de la presión. Esto se debe a que cuando la velocidad es aumentada hay mayores pérdidas por fricción en las paredes del túnel de viento.
-
Del Gráfico 3.3 se observa que la velocidad de la placa es directamente proporcional al caudal teórico. Esto significa que a medida que se aumente la velocidad del aire que circule por la placa el caudal teórico aumentará.
-
Del Gráfico 3.2. se observa que la velocidad del aire es directamente proporcional al caudal real. Esto significa que a medida que se aumente la velocidad del aire que circule por la salida de túnel de viento el caudal real aumentará
